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行业新闻

生物质秸秆燃烧机的设计

688型生物质秸秆燃烧机的设计

0剖言

    我国农作物秸秆数量大、种类多、分布广,每年秸秆产量7亿吨左右。农作物秸秆是当前我国生物质资源的主要原料,所以生物质使用技术应主要研究秸秆使用技术。农作物秸秆和林业废弃物经气化炉产生的可燃性气体通过净化、储存稳压和管道输送为用户提供气体燃料。生物质气化后再利用技术的应用不仅解决了农村秸秆资源浪费和生活用能短缺的问题,在禁止秸秆荒烧和环境保护方面也发挥了积极作用,同时生物质气化技术也促进了我国农村燃气化进程。目前生物质气化技术的应用主要集中在农村炊事用能和燃气发电,直接用于工业供热在我国还处于起步阶段【l1,、生物质燃气供热利用的关键技术是燃气燃烧装置的开发。由于生物质气化技术使用范围远远小于其它气体燃料,使得生物质燃气燃烧器的开发也相对落后。开发大员荷生物质燃气燃烧装置,是生物质气化技术由农村简单炊事向大规模工业化

1 688型生物质秸秆燃烧机的基本结构和原理

1.1基本结构

    生物质秸秆燃烧机结构如图l所示。主要由空气通道、点火电极、燃气通道、火焰检测器及支撑管等组成。

1.空气通道

2.点火电极

3.燃气通道

4.火焰检测器

5.支撑管

1.2工作原理

    燃烧器的工作原理是:开启燃气总阀接通主机电源时风机启动,吹排燃烧室内残余可燃气体:15s后高压点火电极开始点火,秸秆燃气通过燃气通道与风机供给的空气在燃烧头部完全混合后被点火电极点燃,此时位于燃烧室顶部的热敏探头在探测到燃烧火烙后通过控制器反馈,并使其处于开启状态:燃气燃烧Ss后高压点火装置停止工作,风机自动调整风门使系统处于正常运·产品与市场·行状态。熄火保护和重启:当燃烧器受外界影响意外熄火时,热敏传感器将信号反馈,同时闭合燃气供给:在调整风机风量后,重新执行点火程序:当连续点火失败后,启动报警装置。

2主要技术参数的确定

2.1秸秆燃气基本特性及参数

    秸秆燃气是一种不同于其他燃气特殊的燃气,其特点是比重较大而热值较低,流量特性及燃烧特性都有其自身的规律性,不同于其它城市用燃气。因此必须根据秸秆燃气固有的特性对燃烧器的设计计算,从而确定秸秆燃气燃烧器的各部分尺寸。

    秸秆燃气主要由C02、H:、C0、N:和CH4等成分构成,其中可燃成分为CO、CH4和H:。由于秸秆气化过程中一般是以空气作为气化介质,造成其燃气成分中C02、N:含量偏高致使燃气热值下降,秸秆燃气的低位热值为4000~5200kj/m3。秸秆气化燃气主要成分见表l。

    表1秸秆燃气成分

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┃    项目      ┃  符号    ┃    含量      ┃

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┃    氧        ┃    02    ┃    0.98%     ┃

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┃    一氧化碳  ┃    c0    ┃    19.5 c7c  ┃

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┃    硫化氢    ┃    H,S  ┃    4 mg/d    ┃

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┃    氢        ┃    H1    ┃    11%       ┃

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┃    甲烷      ┃    CH4   ┃    2.2%      ┃

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┃    乙烷      ┃    C2H。 ┃    0.16%     ┃

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┃    乙烯      ┃    CZH4  ┃    0.18c7e   ┃

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┃    丙烷      ┃    (kHs  ┃    0.05%     ┃

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┃    而烯      ┃    C3H6  ┃    0.02%     ┃

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┃    二氧化碳  ┃    C02   ┃    15%       ┃

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┃    炎L—L    ┃    N2    ┃    42.91c7c  ┃

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┃    水        ┃    H,() ┃    80/e      ┃

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    燃气中主要气体成分组成及其燃烧特性是决定燃烧器结构形式和基本尺寸的主要因素,燃气中可燃成分的变化直接影响燃烧器的燃烧效果。

    根据表1所列的数据进行计算,可得出以下几种秸秆燃气的物理和燃烧性能参数:相对分子量M =26.53:

密度p=l.189kg/m3;相对密度S=0.9189;低位热值Hi=Il27.21KCal/Nm3;华白数W=4915MJ/m3。

    (1)秸秆燃气着火温度。秸秆燃气中主要可燃成分CO在H,和CH4存在的条件下燃烧属于分支链式反应,大量C02、N2等气体存在时燃烧反应链中的活性粒子失活,引起燃烧速率降低甚至终止『31。由此导致秸秆燃气的点火温度升高,同时由于秸秆燃气成分的不稳定也造成了燃气点火温度的多变性。相关文献研究表明,秸秆燃气的点火温度在700~800。C之间H。

    (2)秸秆燃气火焰特性。由于秸秆燃气的可燃成分中碳含量很低,燃烧火焰多为淡蓝色,燃烧火焰的辐射强度低于燃煤和燃油l51,使传统燃烧器的光敏传感器不能正常响应,所以传统燃烧器的控制单元无法应用于秸秆燃气。

    (3)秸秆煤气火焰传播速度分别为其所占混合气体中的体积(%);U1。1-各单一可燃气体的最大火焰传播速度( m/s);x.可燃混合气体中f不舍惰性气体)单一可燃成分的体积(%):Z.各单一可燃气在空气混合物中达到最大火焰传播速度时该可燃气体占混合物中的容积(%)。

    (4)秸秆燃气着火浓度极限及燃烧理论空气量。根据秸秆燃气的可燃组分并参照各单组分可燃气体的着火浓度极限,由式(2)和式(3)c61可计算秸秆燃气的着火浓度极限L(%)和燃烧理论空气量

不考虑惰性气体时各单一可燃气体成分的体积(%);L.不考虑惰性气体时各单一可燃气体的着火浓度极限(上限或下限(%));D惰性气体在秸秆燃气中所占的体积(%)。将各单一可燃气体的着火浓度极限入式(2)得秸秆燃气着火浓度的极限分别为LT限=15.30JC和L上R=80.69070。燃烧理论空气量为:

    V=0.0476[0.5C0+0.5H2+1.5HZS+∑(m+4  )CmHl]一0zl=0.95762m3/m3(3)

2.2燃烧器主要技木参数的确定

    已知秸秆燃气热值H1=ll27.21KCal/Nm3,密度pg=l.189kg/Nm3,燃气压力P,=5300Pa,空气压力Pa=500Pa,其中空气的密度为l.293Kg/Nm3,秸秆燃气用量Lg=550kg/h,L。=0.128Nm3/s,燃气温度t。=20。C,空气预热温度t。=20。C,过剩空气系数取a=l.l。

    (l)计算燃烧所需空气量。秸秆燃气的可燃元素为碳和氢,见表l。燃烧时它们分别与氧反应,释放燃烧热。大多数燃烧装置均从空气中获得氧气。因此,通常情况下必须计算所需的空气量,以此作为选择供气管道尺寸的依据。对于可燃气中的可燃成分,其与氧发生燃烧反应的反应式如下:

    C0+0.502—} C02 H2+0.502—} H20

    CH4+202,C02+2H20    (4)

    根据燃气的体积百分数,各可燃成分所需氧的体积可由化学平衡式直接求出。燃气所需的理论空气量为:

    Vo= 2/1  (0.5C0+0.5H2+2CH4)    (5)

    通过式(3)可以计算得到1NI13气体燃料完全燃烧时所需理论空气需要量。燃烧所需要空气量:

    式中:d过剩空气系数,为保证在不预混条件下完全燃烧,取a=1.1~1.15; Vo-理论空气需要量(Nrr13m3);Lu燃气用量(Nff13/1i)。把选择参数带入式(6)就可计算出燃烧所需空气量L。=0.135Nm3/s。

    (2)计算出口截面燃气和空气的流速。因为供入燃烧器的秸秆气和空气是低压的,所以在计算中可以按非压缩气体考虑。则出口截面秸秆气和空气的流速Vog( Voa)( m/s)可按下式确定:燃气、空气在出口截面的流速(Nm/s);P  燃烧器前燃气压力或空气压力(Pa); Po-燃气或空气的密度(Kg/m3);T燃气或空气的温度(K);∈燃烧器阻力系数,对下文使用的燃烧器有go=l.0,∈。=1.5。则计算出出口截面燃气流速为Vog=74.42Nm3/S,空气流速为vm-26.84Nm3/s。

    (3)计算燃气喷口直径和空气套管直径。

    (4)计算燃气和空气在出口截面上的实际流速。在燃烧器出口截面处秸秆气和空气实际流速可能会有很大的差别。但为了缩短火焰长度,空气实际流速与秸秆气实际流速相差一半在一倍左右,且任何情况下不应超过2~3倍。秸秆燃气和空气在出口截面实际流速:

    式中:vg秸秆燃气实际流速(Nff13/S);Va_空气实际流速( NⅡi3/s)。计算得出燃气在出口截面上的实际流速为v。=79.87Nm3/s,空气在出口截面上的实际流速为v。=28.81Nm3/s。

    (5)计算燃烧器出口直径。燃气与空气混合物流量:

 L。、= Lg+L。    (14)

    算出流量L。,后,即可确定燃烧器出口直径d。,

(mm):

(15)

    式中:L。、燃气一空气混合物流量( NⅡ13/s);v。1_蠛气一空气混合物出口速度(m/s);d,。1_燃烧器出口直径(mm)。计算得出燃烧器出口直径为115.76mm,其中取燃气一空气混合物出口速度为v,。=25m/s。选择出口直径为130mm。

3结论

    通过计算分析可基本确定生物质秸秆燃烧机各部分结构及尺寸。该燃烧机燃烧充分,系统燃烧效率达98%以上,符合燃气燃烧器的基本要求,满足设计负荷。燃烧器混合过程是在燃烧嘴外进行的,点燃后形成拉长的扩散火焰。因此排除了火焰向燃烧器内回火的可能性,所以具有较高的调节范围:经过燃烧器供入的空、秸秆气的预热温度可以足够高,它仅受导管在高温下的寿命和秸秆气热分解的限制:火焰高温区离开燃烧器内表面,这样便提高了燃烧器及紧贴炉膛的燃烧器金属件的寿命:混合过程不在燃烧器内部进行,这可显著地减小燃烧器尺寸,可使燃烧器达到极高的热生产率;低污染,易于点火且燃烧稳定。该燃烧器功率大,可直接用于工业供热,是一种大功率工业用秸秆燃气的专用燃烧器。


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点击次数:  更新时间:2017-02-03 20:21:15  【打印此页】  【关闭